Нанометровая прослойка. В Литве нашли способ остановить разрушение солнечных панелей изнутри
Ученые Каунасского технологического университета совместно с международными партнерами повысили эффективность тандемных перовскитных солнечных элементов до уровня выше 29%. Этого удалось достичь благодаря замене кислотного слоя на солевой.
Об этом сообщает Interesting Engineering.
Речь идет о сверхтонком слое молекул, переносящем положительные заряды внутри элемента. Химики взяли ту часть молекулы, которая крепится к слою оксида металла, и вместо кислотной формы преобразовали ее в нейтральную ионную соль. Кислота постепенно разъедала соседние слои — но вот соль к ним инертна. Граница раздела остается неповрежденной, заряды проходят беспрепятственно, и элемент дольше сохраняет высокую эффективность.
Самоорганизующиеся монослои (SAM) применяются с 2018 года: эти пленки работают как молекулярный клей и направляют положительные заряды (дырки) к электроду. Проблему, связанную с ними, заметили не сразу, рассказывает исследователь KTU Каспарас Ракштис.
«Из-за своей кислотной природы эти молекулы могут постепенно разъедать соседние слои, создавая на границе раздела дефекты, которые препятствуют переносу заряда, — объясняет он. — В результате эффективность солнечного элемента снижается, а срок его службы сокращается».
Соль удерживается на поверхности оксида не слабее, чем молекула кислоты, к тому же она растворяется в воде, поэтому слой наносят без использования токсичных растворителей. Несмотря на толщину в несколько нанометров, он заметно влияет на движение зарядов через устройство.
«В этом исследовании мы просто нейтрализовали молекулы кислоты, превратив их в химически нейтральные соли и создав неагрессивную границу раздела, которая позволяет солнечному элементу работать гораздо стабильнее и эффективнее», — добавляет Каспарас Ракштис.
Метод был проверен совместно с партнерами из Китая на модулях большой площади. Покрытие получилось однородным. Показатель эффективности свыше 29% был зафиксирован у тандемных элементов, которые благодаря использованию различных светопоглощающих слоев улавливают более широкий диапазон спектра. В литовском вузе рассчитывают, что такие элементы будут интегрироваться в фасады зданий, окна и текстиль. Заявка на патент уже подана.
Результаты были опубликованы в журнале Nature Communications.